Las plantas fotovoltaicas de la MZN

Buenas tardes Profesor y compañeros, junto a José Cortés analizamos la tesis de Sebastián Mellado para optar al grado de ingeniero civil industrial cuyo titulo es: DIAGNOSTICO DE LA OFERTA DE  PANELES FOTOVOLTAICOS DERIVADOS DEL  POTENCIAL PROCESO DE RECICLAJE EN LA  MACROZONANORTE DE CHILE PARA EL AÑO 2050.

El estudio realizado por Sebastián surge de la necesidad de evaluar el crecimiento de las tecnologías derivadas de las energías renovables no convencionales y determinar la existencia de un tejido industrial que de soporte. En este estudio se aborda específicamente la tecnología fotovoltaica y la fase de cierre de los proyectos o el desmantelamiento parcial de los mismos, cuantificando el tamaño del mercado fotovoltaico ubicado en la macrozona norte y valorizando los potenciales residuos que estos proyectos generarán.

Chile cuenta con un gran potencial solar de largo plazo y es considerado como el más alto a nivel mundial y se extiende desde la región de arica y Parinacota a la región de atacama.  Actualmente, existen 156 proyectos operativos en esta área, los que corresponden a 13.931 MW de capacidad instalada y posicionan a la macrozonanorte como líder en la generación nacional con el 70% de la participación en tecnologías fotovoltaicas.

Chile se ha propuesto una política energética de largo plazo y con ello impulsar la matriz energética renovable y el desarrollo de lineamientos para abordar los impactos medioambientales locales y globales.

Las plantas fotovoltaicas de la MZN cuentan mayormente con paneles de silicio cristalino, aunque se espera que esta participación disminuya conforme al progreso tecnológico, liderando luego las tecnologías de tercera generación. Esto toma relevancia ya que los residuos futuros estarán compuestos por cantidades distintas a las que se observan en la actualidad de vidrio, metales y tierras raras.

De acuerdo con la agencia internacional de energías renovables (IRENA) las tecnologías fotovoltaicas han tenido el mayor crecimiento a nivel mundial para el año 2020 respecto al año anterior, esto también se replica en Chile. De acuerdo a esta agencia al 2050 existirán alrededor de 78 millones de toneladas de residuos fotovoltaicos, de los cuales 7,5 millones de toneladas pertenecen a India para el retiro anticipado y 4,5 millones de toneladas para el retiro normal, aunque estudios especializados prevén que los desechos serán mucho mayores.

Chile no se encuentra ajeno al panorama internacional, muy por el contrario ha desarrollado una agenda para impulsar la generación a  través de energías limpias, donde es posible apreciar el liderazgo de las  tecnologías fotovoltaicas al igual que en el resto del mundo, representando  el 46% de la capacidad instalada dentro de la categoría de Energías  Renovables No Convencionales (ERNC), las cuales representan el 23,3% del total de la matriz eléctrica al 2019. En un contexto de descarbonización, dentro de la política energética 2050 propuesta por el ministerio de energía, se plantea la meta de alcanzar el 70% de la generación total a través de ERNC, lo que de acuerdo con lo anterior sugiere un crecimiento significativo de las tecnologías fotovoltaicas y por ende de  grandes cantidades de residuos derivados de la operación de este tipo de proyectos.

Un caso relevante respecto a los residuos se da en Japón, donde Toshiba environmental solutions prevé que los desechos acumulados hasta el año 2020 tomarán 19 años en reprocesarse.

Respecto a la composición de los residuos, se prevé que el 59% sean de silicio, el 6% de CdTe el 2% de CiGs, mientras que el 7% de los residuos de inversores y el 26% de cables y montajes. Tratándose principalmente de vidrio (51%), aluminio (31%), Eva (5%). Por ultimo, la recuperación de elementos críticos como plata, oro y otros minerales y tierras raras compensa parte importante de dependencia en la importacion, además de mitigar la contaminación asociada.

Se estima que la energía fotovoltaica contribuye al calentamiento global en todas sus etapas, desde la extracción de los minerales utilizados para fabricar las células como en su posterior recuperación. El proceso de reciclaje requiere grandes cantidades de recursos como agua, calor y electricidad, representando el 43% del calentamiento global derivado del uso de paneles fotovoltaicos. Para visualizar, una tonelada de desechos procesados aporta 370 kg de Co2 los que derivan principalmente del transporte de los paneles (29%), la incineración (34%) y los tratamientos de recuperación de los metales (24%). Además se estima que las baterías son los residuos mas peligrosos dentro del sistema debido a sus grandes concentraciones de plomo.

Respecto a la utilización efectiva de la energía producida por estas tecnologías cabe mencionar que en chile no existen aun proyectos de generación capaces de suministrar energía de forma continua en cuanto a su intensidad debido a que carecen d infraestructura de apoyo para el almacenamiento en periodos de alta producción energética pero bajo consumo, perdiéndose esta energía y disminuyendo significativamente a la eficiencia que podrían alcanzar estos proyectos.

Esto ultimo espera revertirse a través de la construcción de proyectos como espejo de tarapaca, a cargo de la empresa Valhalla la cual utilizará centrales hidráulicas de bombeo en combinación con sistemas de generación fotovoltaica, aprovechando la intermitencia de la radiación solar para trasladar masas de agua que generen energía mecánica a ser aprovechada en momentos de baja radiación.

 Actualmente existen 3 generaciones de paneles fotovoltaicos,  las cuales responden a satisfacer distintos criterios como control de costos  de producción o el aumento del rendimiento. La primera generación está compuesta por paneles de silicio cristalino los cuales poseen una eficiencia  de entre un 15% y 20% y han aumentado su costo de fabricación debido a la demanda de silicio a nivel mundial; la segunda generación denominada Capa fina, llego al mercado para corregir el alza de los costos de fabricación de la primera generación, aunque los rendimientos son menores, en el orden del 9% y el 15%; La tercera generación ha logrado aumentar el rendimiento pero sigue teniendo elevados costos de producción., es aquí donde se encuentra el desarrollo tecnológico actual (Xu, 2018), logrando producir eficiencias de hasta 48% en laboratorios y se espera que tenga una participación de mercado equivalente a las tecnologías de primera  generación al año 2030.

El vidrio constituye la mayor parte del panel y dentro de los minerales encontramos el aluminio en el segundo mayor porcentaje y por ultimo las células fabricadas en base a minerales como cobre, plata, zinc y otros, contenidos en la bateria, cableado, aislantes y semiconductores.

El ciclo de vida de un panel fotovoltaico5 comienza con la adquisición de materias primas como el vidrio, minerales y tierras raras; estos elementos pasan por un proceso de preparación para ser utilizados en la fabricación de paneles y su posterior operación. Luego, considerando una vida útil de entre 25 y 30 años y una tasa de fallas dada6, los dispositivos se retiran de las centrales, poniendo a disposición piezas para su reacondicionamiento que sustituyen partes defectuosas de los paneles operativos, mientras que todo el resto pasa a la etapa de tratamiento, la cual separa los módulos y clasifica sus elementos según el tipo de reciclaje que se aplicará. Finalmente, el proceso de reciclaje convierte los residuos en materias primas listas para procesarse y volver a la fabricación, donde además es posible encontrar minerales parcialmente recuperados y que disminuyen la necesidad de importación.

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